一种基于截面突变的双拱桥形毛细被动阀设计方法技术

本发明专利技术涉及一种基于截面突变的双拱桥形毛细被动阀设计方法，包括芯片制作和芯片键合。其优点表现在：利用“接触角滞后现象”改变局部的毛细力方向，从而控制液体流动，可稳定在微流控芯片中构建肿瘤‑邻近组织细胞交界面，实现长期的细胞独立培养；满足更大范围内各种粘度的水凝胶，不仅制作使用方便，且无需进行接触角测定，避免筛选扩张角的繁琐；交替界面孔的设计使直通道只有一个壁面为扩张段，消除了传统设计中水凝胶进样阻滞的隐患，扩大了被动阀的应用范围；本设计可广泛用于生物芯片中肿瘤细胞侵袭性研究，或细胞界面生物学特性的研究或观察，具有较强的实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于截面突变的双拱桥形毛细被动阀设计方法
本专利技术涉及微流控生物芯片
，具体地说，是一种基于截面突变的双拱桥形毛细被动阀设计方法。
技术介绍
微阀是微流控系统中控制限流的器件，现已广泛用于构建不同介质的交界面。设想在气、液、固三相交点处作气-液界面的切线，此切线与固体界面(液体侧)的夹角θ即为接触角(contactangle)，是液体在固体表面上润湿性的量度。若液滴表面是理想光滑和均匀的，往液滴上滴加/抽取少量液体，则液滴周界的前沿向前/后移动，但仍保持原来的接触角，这种平衡接触角符合“杨氏方程”。但实际上，许多液滴表面是粗糙或不均匀的，向液滴加入一点液体只会使液滴变高，周界不动，从而使接触角变大，此时的接触角称为“前进接触角”。若加入足够多的液体，液滴的周界会突然向前蠕动，此突然运动刚要发生时的角度称为“最大前进角θA”。反之，则被称为“后退接触角”和“最小后退角θR”。当接触角在θA、θR两个相对稳定的极限值之间变化时，接触线不会发生运动。毛细被动阀(capillaryburstvalve)正是利用“接触角滞后现象”改变局部的毛细力方向，从而控制流动，稳定在微流控芯片中构建肿瘤-邻近组织细胞交界面。但传统微阀适用范围狭窄，主要受到微流体粘度和扩张角约束，对于小接触角的流体是失效的，且对称的界面孔设计使直通道同时有两个壁面为扩张段，极易发生水凝胶进样阻滞。为深入细胞界面生物学研究，急需一种新的毛细被动阀来克服现有技术的不足。中国专利文献：CN201811207202.8，申请日2018.10.17，专利名称为：一种用于微流控芯片的微阀装置及其制备方法和应用。公开了一种用于微流控芯片的微阀装置及其制备方法和应用，该装置包括盖片、弹性材料层和可变形装置层，弹性材料层位于盖片和可变形装置层中间，并且弹性材料层与盖片的中间设有独立的通液流道和空腔，空腔位于通液流道的两侧，弹性材料层能够在可变形装置层的挤压或者牵拉下进行弹性形变，从而控制通液流道的闭合和开启。中国专利文献：CN201310295857.6，申请日2013.07.15，专利名称为：一种集成于微流体芯片上的顶针式电磁微阀结构。公开了一种集成于微流体芯片上的顶针式电磁微阀结构。本专利技术所述的微流控芯片由带有流体通道的芯片和基片组成，其特征在于：所述微阀包括一片永磁铁，一个电磁铁、一个顶针和一个阀座；所述阀座为加工于所述芯片上且位于流体通道上方的下凹孔，阀座底面为PDMS弹性薄膜，且该底面为阀座与流体通道相交的共用壁，阀座的上端与外界相连通；所述顶针设置于阀座底面中心位置处且位于所述流体通道的正上方；所述永磁铁设置于阀座中且位于顶针的正上方；所述电磁铁设置于基片的下方且位于永磁铁的正下方。上述专利文献CN201811207202.8中的一种用于微流控芯片的微阀装置及其制备方法和应用，采用盖片、弹性材料层和可变形装置层，弹性材料层位于盖片和可变形装置层中间，并且弹性材料层与盖片的中间设有独立的通液流道和空腔，该专利技术中的微阀结构易于制作，极大地降低了微流控芯片中阀结构的制作难度；同时该结构可以通过调整输入信号实时准确地改变阀的开合状态，从而精确控制微流控芯片中的流体运动；而专利文献CN201310295857.6中的一种集成于微流体芯片上的顶针式电磁微阀结构，则采用微流控芯片由带有流体通道的芯片和基片组成，微阀包括一片永磁铁，一个电磁铁、一个顶针和一个阀座，阀座为加工于所述芯片上且位于流体通道上方的下凹孔，顶针、永磁铁设置于阀座中，电磁铁设置于基片的下方且位于永磁铁的正下方，该磁微阀能够全自动、快速响应，具有设计简单，操作控制性好，适用范围广，可全自动、程序化实现特定通道流体输运的通断。但是关于一种用于肿瘤侵袭性检测芯片，能够实现微流控芯片内细胞界面的稳定构建，实现长期的独立细胞培养，可操作性、实用性高的一种基于截面突变的双拱桥形毛细被动阀设计方法目前则没有相关的报道。综上所述，亟需一种用于肿瘤侵袭性检测芯片，能够实现微流控芯片内细胞界面的稳定构建，实现长期的独立细胞培养，可操作性、实用性高的一种基于截面突变的双拱桥形毛细被动阀设计方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中的不足，提供一种用于肿瘤侵袭性检测芯片，能够实现微流控芯片内细胞界面的稳定构建，实现长期的独立细胞培养，可操作性、实用性高的一种基于截面突变的双拱桥形毛细被动阀设计方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种基于截面突变的双拱桥形毛细被动阀设计方法，其特征在于，包括以下步骤：芯片制作：将PDMS预聚物、固化剂以10:1混合搅拌，于4000rpm离心10min后浇注于图案化硅片表面，使用干燥器抽真空排除气泡，反复多次直至不再有气泡出现，然后转移至80℃烘箱30min；待固化后取出冷却，用手术刀将目标区域切割取出，使用特殊胶带贴附微图案化面，防止灰尘进入；最后，将细胞进样口用3mm打孔器穿孔，将培养基灌注口用1mm打孔器穿孔；芯片键合：将上述芯片、经超声玻片置于等离子体清洗机，抽取真空3min后，将等离子体模式调节至“Mid”，并顺时针旋转进气旋钮至4点钟，处理3min后，关闭进气旋钮及“Mid”模式，缓慢放气后取出芯片及玻片，将二者的暴露面自然贴合，然后转移至80℃烘箱30min。作为一种优选的技术方案，使GelMA水凝胶利用毛细作用进入微通道，观察双拱桥形毛细被动阀的气液平面，以及是否存在进样阻滞，操作如下：水凝胶的配置：称取0.11gGelMA(GM-60)及LAP混合物，以10w/v％与1mlPBS混合，60℃水浴避光溶解30min，期间震荡3次，然后将溶解后的GM-60用0.22μm无菌过滤器过滤至新的无菌离心管中；进样：用1ml无菌针筒抽吸10w/v％GelMA(GM-60)的PBS溶液，逐滴滴加至3mm进样口，利用毛细作用使水凝胶自然进入主通道；在确认毛细被动阀处气液平面光滑后，使用带有405nm波长的紫外手电筒，距离3cm，照射25s，然后进行明场下拍摄；罗丹明6G灌注：在静态条件下，将罗丹明6G注入侧通道，然后于荧光显微镜下拍摄观察，4倍镜曝光时间125ms，10倍镜曝光时间30ms。作为一种优选的技术方案，利用交替界面孔错开方式设计，该设计可以被广泛运用于微流控芯片设计中液体交界面相关的研究或产品，也可被运用肿瘤细胞侵袭性研究或细胞界面生物学特性的研究或观察。本专利技术优点在于：1、利用“接触角滞后现象”改变局部的毛细力方向，从而控制液体流动，可稳定在微流控芯片中构建肿瘤-邻近组织细胞交界面，实现长期的细胞独立培养。2、满足更大范围内各种粘度的水凝胶，不仅制作使用方便，且无需进行接触角测定，避免筛选扩张角的繁琐。3、交替界面孔的设计使直通道只有一个壁面为扩张段，消除了传统设计中水凝胶进样阻滞的隐患，扩大了被动阀的应用范围。4、该设计可广泛用于生物芯片中肿瘤细胞侵袭性研究，或细胞界面生物学特性的研究或观察，具有较强的实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于截面突变的双拱桥形毛细被动阀设计方法，其特征在于，包括以下步骤：/n芯片制作：将PDMS预聚物、固化剂以10:1混合搅拌，于4000rpm离心10min后浇注于图案化硅片表面，使用干燥器抽真空排除气泡，反复多次直至不再有气泡出现，然后转移至80℃烘箱30min；待固化后取出冷却，用手术刀将目标区域切割取出，使用特殊胶带贴附微图案化面，防止灰尘进入；最后，将细胞进样口用3mm打孔器穿孔，将培养基灌注口用1mm打孔器穿孔；/n芯片键合：将上述芯片、经超声玻片置于等离子体清洗机，抽取真空3min后，将等离子体模式调节至“Mid”，并顺时针旋转进气旋钮至4点钟，处理3min后，关闭进气旋钮及“Mid”模式，缓慢放气后取出芯片及玻片，将二者的暴露面自然贴合，然后转移至80℃烘箱30min。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于截面突变的双拱桥形毛细被动阀设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
芯片制作：将PDMS预聚物、固化剂以10:1混合搅拌，于4000rpm离心10min后浇注于图案化硅片表面，使用干燥器抽真空排除气泡，反复多次直至不再有气泡出现，然后转移至80℃烘箱30min；待固化后取出冷却，用手术刀将目标区域切割取出，使用特殊胶带贴附微图案化面，防止灰尘进入；最后，将细胞进样口用3mm打孔器穿孔，将培养基灌注口用1mm打孔器穿孔；
芯片键合：将上述芯片、经超声玻片置于等离子体清洗机，抽取真空3min后，将等离子体模式调节至“Mid”，并顺时针旋转进气旋钮至4点钟，处理3min后，关闭进气旋钮及“Mid”模式，缓慢放气后取出芯片及玻片，将二者的暴露面自然贴合，然后转移至80℃烘箱30min。


2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，使GelMA水凝胶利用毛细作用进入微通道，观察双拱桥形毛细被动阀的气液平面，以及是否存在进样...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈宇辉，刘琦，
申请(专利权)人：上海交通大学医学院附属瑞金医院，
类型：发明
国别省市：上海;31